19482

Паралельні компютерні архітектури

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Паралельні комп'ютерні архітектури Швидкість роботи комп'ютерів стає все вище а й вимоги до них постійно зростають. Астрономи намагаються відтворити всю історію Всесвіту з моменту великого вибуху і до сьогоднішнього дня. Фармацевти хотіли б розробляти нові лікарськ

Украинкский

2013-07-12

42.8 KB

2 чел.

Паралельні комп'ютерні архітектури

Швидкість роботи комп'ютерів стає все вище, а й вимоги до них постійно зростають. Астрономи намагаються відтворити всю історію Всесвіту з моменту великого вибуху і до сьогоднішнього дня. Фармацевти хотіли б розробляти нові лікарські препарати за допомогою комп'ютерів, не приносячи в жертву легіони щурів. Розробники літальних апаратів могли б отримувати кращі результати, якби замість будівництва величезних аеродинамічних труб моделювали свої конструкції на комп'ютері. Якщо говорити коротко, якими б потужними не були комп'ютери, їх можливостей ніколи не вистачить для вирішення багатьох нетривіальних задач (особливо наукових, технічних і промислових).

Хоча тактова частота постійно зростає, швидкість комутації не можна збільшувати нескінченно. Головною проблемою залишається швидкість світла - неможливо примусити протони й електрони рухатися швидше. Через високу тепловіддачу комп'ютери перетворилися на кондиціонери. Нарешті, оскільки розміри транзисторів постійно зменшуються, зрештою настане час, коли кожен транзистор буде складатися з декількох атомів, тому основною проблемою можуть стати закони квантової механіки (наприклад, принцип невизначеності Гейзенберга).

В результаті, щоб мати можливість вирішувати більш складні завдання, розробники звернулися до комп'ютерів паралельної дії (далі - паралельні комп'ютери). Неможливо побудувати комп'ютер з одним процесором і часом циклу в 0,001 не, але зате можна побудувати комп'ютер з 1000 процесорами, час циклу кожного з яких складає 1 не. І хоча швидкодії кожного процесора в другому випадку очевидно мало, теоретично ми повинні отримати необхідну продуктивність.

Паралелізм можна вводити на різних рівнях. На самому низькому рівні він може бути реалізований в процесорі за рахунок конвейеризації і суперскалярної архітектури з кількома функціональними блоками. Прихованого паралелізму можна добитися шляхом значного подовження слів в командах. За допомогою додаткових функцій можна «навчити» процесор одночасно обробляти кілька програмних потоків. Нарешті, можна встановити на одній мікросхемі кілька процесорів. Проте всі ці прийоми, разом узяті, здатні підвищити продуктивність максимум в 10 разів у порівнянні з класичними послідовними рішеннями.

На наступному рівні можливе впровадження в систему зовнішніх плат ЦП з поліпшеними обчислювальними можливостями. Як правило, в підключаються процесорах реалізуються спеціальні функції, такі як обробка мережевих пакетів, обробка мультимедійних даних, криптографія і т. д. Продуктивність спеціалізованих додатків за рахунок цих функцій може бути підвищена в 5-10 разів.

Щоб підвищити продуктивність в сто, тисячу чи мільйон разів, необхідно звести воєдино численні процесори і забезпечити їх ефективну взаємодію. Цей принцип реалізується у вигляді великих мультипроцесорних систем і мультікомпьютеров (кластерних комп'ютерів). Природно, об'єднання тисяч процесорів у єдину систему породжує нові проблеми, які потрібно вирішувати.

Нарешті, останнім часом з'явилася можливість інтеграції через Інтернет цілих організацій. В результаті формуються слабо пов'язані розподілені обчислювальні сітки, або грати. Такі системи тільки починають розвиватися, але їх потенціал досить високий.

Коли два процесори або обробних елемента знаходяться поруч і обмінюються великими обсягами даних з невеликими затримками, вони називаються сильно пов'язаними (tightly coupled). Відповідно, коли два процесори або обробних елемента розташовуються далеко один від одного і обмінюються невеликими обсягами даних з великими затримками, вони називаються слабо пов'язаними (loosely coupled). У цьому розділі ми обговоримо принципи розробки систем цих форм паралелізму і розглянемо ряд прикладів. Почавши з сильно пов'язаних систем, для яких характерний внутріпроцессорний паралелізм, ми поступово перейдемо до слабо зв'язаних систем і в завершальній частині голови поговоримо про розподілених обчислювальних системах. Приблизний спектр розглянутих тим ілюструє рис. 8.1.

 

Рис. 8.1. Внутріпроцессорний паралелізм (а); співпроцесор (б); мультипроцессор (в); мультікомпьютер (г); слабо пов'язана розподілена обчислювальна система (д)

Паралелізм постійно виявляється темою гарячих дискусій, у зв'язку з чим в цьому розділі незвично багато посилань - в основному, на недавні роботи про заданій темі.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

60293. Мы и закон (Первое и последнее знакомство с УК) 93.5 KB
  Сформировать у учащихся представление о видах преступлений за которые несовершеннолетние несут ответственность. Воспитывать понимание совершение поступков ответственность за свои действия.
60294. Наш закон – наша сила 60.5 KB
  Звучить Гімн України Любі діти маленькі українці сьогодні відбудеться святкова інтелектуальна гра на якій присутні шановні гості та батьки. Діти а що б було якби люди стали поводитись без правил Діти. Діти які ви знаєте правила Діти. Діти ви кажете правила закон право.
60295. РАЗВИТИЕ РЕЧИ. ЗАКОНЫ ОБЩЕНИЯ. МАСТЕРСТВО КОММУНИКАЦИИ 70 KB
  Главная роскошь на земле - роскошь человеческого общения мудро заметил А. Наши учащиеся к сожалению теряют навыки общения навыки владения языком как средством коммуникации. Сегодня учитель на мой взгляд должен не только давать минимум знаний...
60297. Виконання кольорових розтяжок в теплих і холодних тонах. Змішування кольорів 213 KB
  Виконання роботи аквареллю є досить клопіткий і водночас цікавий процес кий потребує наполегливості спостережливості відчуття кольору і гри світла. Акварельна фарба любить прозорість майже виключає примінення чорного кольору.
60298. Потреби і виробничі можливості суспільства. Економічні інтереси 460.5 KB
  Методична розробка пропонує використання інтерактивних методів навчання, таких як, дослідницька робота студентів (робота з документами, обробка статистичних даних, анкетування, соціологічне опитування студентів та працівників технікуму, а також мешканців міста, соціологічне опитування населення м. Маріуполь в співпраці з міським телеканалом ТВ – 7)...
60299. Показове заняття на тему: «Руховий режим на прогулянці» 40 KB
  Удосконалювати вміння підлізати під шнур і бігати врозтіч в рухливій грі Бджілки. А тепер бджілки ми всі разом заспіваємо пісеньку: Жу-жу-жу жу-жу-жу Я із сонечком дружу. Бджілки цевеликий кущ спіреї. Знову бджілки розправили свої крильця та полетіли і побачили чудову галявинку.